IV. Двухпериодный мостиковый выпрямитель

Схема выпрямителя показана на рис.9.

В полупериод, когда имеем на верхнем конце вторичной обмотки положительный потенциал, относительно нижнего, ток протекает, как показано на рис.9, по замкнутому контору D₂, R_H, D₄, вторичная обмотка трансформатора. Во второй полупериод ток проходит по цепи: D₃, R_H, D₁, вторичная обмотка трансформатора. Через нагрузку, как и в схеме двухпериодного выпрямителя со средней точкой, ток проходит в каждый полупериод в одном и том же направлении. Частота пульсаций, таким образом, равна 100 Гц для источника с частотой 50 Гц. Обратное напряжение, равное, в мостиковой схеме перераспределяется между двумя последовательно включенными (запертыми в обратный полупериод) диодами и при равных обратных сопротивлениях диодов равно. Таким образом, в мостиковой схеме диоды работают в более легком режиме, чем в ранее рассмотренных схемах. Недостаток схемы – необходимость четырех диодов по сравнению с двумя в двухполупериодном выпрямителе со средней точкой – компенсируется простотой и высокой надежностью схемы выпрямителя.

V . Фильтры

Пульсирующий ток, протекающий через активные сопротивления нагрузки R_H, приводит к возникновению на ней пульсирующего напряжения. Однако в подавляющем большинстве случаев для питания радиоэлектронной аппаратуры требуется обеспечить постоянное напряжение на нагрузке. При этом выдвигаются достаточно жесткие условия к обеспечению относительно малого уровня пульсаций. Для сглаживания пульсаций применяются специальные сглаживающие фильтры. Эти фильтры обычно состоят из комбинаций индуктивностей конденсаторов и сопротивлений и ставятся между нагрузкой и выпрямителем (рис.10)

Типовые схемы фильтров показаны на рис.11.

Здесь: а) – емкостный фильтр; б) и г) – Г-образные LC и RC фильтры; в) и д) – П-образные CLC и CRC фильтры; е) – двухзвенный фильтр.

Индуктивность, используемых в фильтрах маломощных выпрямителей питания радиоэлектронной и измерительной аппаратуры, обычно имеет величину порядка 10-30 Гн; в качестве емкостей фильтров, как правило, используются электролитические конденсаторы (в которых положительный и отрицательный потенциалы подключаются к определенным выводам). Величина емкости конденсаторов, используемых в фильтрах, обычно составляет 10-50 мкФ.

При малых величинах тока (высокоомная нагрузка выпрямителя) часто вместо индуктивности используется активное сопротивление (фильтры типа RC, CRC). При этом, хотя и несколько ухудшается фильтрация, упрощается построение схемы фильтра.

VI. Особенности режима работы вентилей выпрямителя. Угол отсечки

Для упрощения рассмотрения сделаем допущения:

1. В каждой из фаз выпрямителя имеется активное сопротивление , где r – полное сопротивление фазы выпрямителя; R_i – внутреннее сопротивление вентиля; r_тр – сопротивление обмотки трансформатора.

2. Внутреннее сопротивление вентиля R_i – постоянно.

3. Емкость C_ф выпрямителя настолько велика, что пульсация выпрямленного напряжения на ней очень мала. В первом приближении примем, что переменная составляющая напряжения на конденсаторе равна нулю, а выпрямленное напряжение на нем строго постоянно и равно E₀. Такой режим работы соответствует случаю нагрузки выпрямителя на постоянную ЭДС или на емкость бесконечно большой величины.

4. Р еактивным сопротивлением фазы пренебрегаем (т.е. пренебрегаем сопротивлением индуктивности рассеяния обмоток трансформатора по сравнению с r). Так как работа рассмотренных двухполупериодных выпрямителей может рассматриваться (как и в более общем случае многофазного выпрямления) как результат наложения действия однополупериодных выпрямителей, простоты ради остановимся на рассмотрении однополупериодной схемы (рис.12)

Для выпрямленного тока при условии постоянства напряжения на нагрузке имеем выражение

, (1)

которое справедливо только для положительных значений i(t), т.е. когда .

Если расположить начало отсчета времени в точке 0, то e(t) запишем в виде , где E_m – амплитуда напряжения фазы вторичной обмотки.

Углом отсечки θ называется угол, при котором ток фазы становится равным нулю. При принятом начале координат ток фазы начнется при и кончится при . Но ток через фазу прекращается только тогда, когда напряжение фазы становится равным Е₀. Таким образом, для момента времени справедливо равенство

(2)

и уравнение (1) для тока перепишем в виде

, при . (3)

При расчете выпрямителя обычно задают выпрямленное напряжение Е₀ и величину тока нагрузки I₀ (постоянную составляющую тока i(t)). Согласно спектральному представлению Фурье имеем для I₀ выражение

, (4)

что после интегрирования дает

, (5)

где m – число фаз выпрямителя. Выражение (5) с учетом (2) перепишем в виде

. (6)

Здесь множитель , является функцией угла отсечки θ (рис.13).

Из (6) множитель А определится как

. (7)

В

выражение (7) входят известные величины. Величина r – полное сопротивление фазы. Точно оно не известно, но в первом приближении его можно задать исходя из опытных данных (в маломощных выпрямителях r имеет порядок 50÷100 Ом). Определив из (7) величину А, можно найти значение угла отсечки (рис.13).

Ток фазы, как видно из (3), достигает амплитудного значения I_m при ωt=0.

. (8)

Подставляя вместо Е_m его значение, найденное из (5), получим

, (9)

или

, (10)

где . Зависимость показана на рис.14.